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探析单片机的数字式智能饮水机设计

摘要：随着人们物质生活水平的提高，饮水机已成为家庭日用品。就目前市面

上的饮水机而言，绝大多数饮水机也仅具有加热或制冷功能，但不同用途的饮用

水所需的温度却不一样。另外，由于现代生活的高节奏，人们经常在打开饮水机

后又忘记已开着的饮水机，不仅会造成电能浪费，更存在安全隐患。针对上述问

题，本文设计了一种智能饮水机，由温度传感器采集温度并送至数码管显示，并

将此温度值与设定的目标温度值进行比较。

关键词：单片机；数字式智能；饮水机设计

引言

饮水机已进入千家万户，但就其功能仍停留在简单加热或制冷中，但具体多

少温度却并不知晓，更无法实现所需温度的实时控制。即使有其功能，价格也实

在太高，让普通消费者望而却步。基于此，设计了一种数字式智能饮水机。此饮

水机不仅可以把当前温度实时显示出来，还预设了几种温度模式以满足人们对不

同温度的需求。当加热到达预设温度时蜂鸣报警系统提示，在设定时间内仍无操

作，饮水机可自动切断电源停机，以节约能源，杜绝安全隐患。

一、单片机系统系统结构

本设计采用STC89C52单片机。STC89C52是一种低功耗、高性能CM0S8位微

控制器，具有8K在系统可编程FLASH存储器。在单芯片上，拥有灵巧的８位

CPU和在系统可编程FLASH，使STC89C52为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、

超有效的解决方案。在本设计中，P1口连接８个独立按键，用于进行相应的设置。

P0口接上拉电阻后与74HC575锁存器连接，实现数码管的段选控制；P2口分别

连接74HC138译码器实现数码管的位选控制，P2．7口连接用于控制继电器的三

极管8550。P3.3口连接DS18B20温度传感器用于检测饮水机中热水的温度，P3.4

连接蜂鸣器用于报警。

二、电源部分

由于单片机工作电压范围为3.3～5V，采用5V电压，需要进行变压与整流把

220V的交流电压变为5V直流。将220V交流电压通过一个9V变压器进行降压，

再通过一个整流桥电路，整流后得到12V的直流电压，由于本系统对供电要求不

高，只需要5V，再采用一片7805稳压管产生一个+5V的电压供单片机和数码管

显示使用。电路结构图如图2所示。

三、按键设置

按键由单片机的P1口控制，为独立式按键。其功能如表１所示。通过按键

实现不同的目标温度控制。为提高单片机的实时显示能力和按键的响应速度，采

用switch-case语句，并将其内置于中断程序内。

四、温度采集部分

采用DS18B20温度传感器来完成温度的采集。DS18B20是Dallas公司生产的一线式数字

温度传感器，属于新一代适配微处理的智能数字温度传感器，测温范围为-55～+125℃，固有

测温分辨率为0.5℃。耐磨耐碰，体积小，使用方便，封装形式多样，适用于各种狭小空间

设备数字测温和控制领域。在使用中不需要任何外围元件，占用接口少，使系统的连线显得

很简洁。但为此所付出的代价是必须进行相对复杂的软件补偿。

由于DS1820与微处理器间采用串行数据传送，因此在对DS1820进行读写编程时，必须

严格保证读写时序，否则将无法读取测温结果。在使用PL/M，C等高级语言进行系统程序设

计时，对DS1820操作部分最好采用汇编语言实现。

DS1820在出厂时已配置为12位，读取温度时共读取16位，把后11位的２进制转化为

10进制后乘以0.0625便为所测温度。前5个数字为符号位，当前５位为１时，读取的温度

为负数；当前５位为０时，读取的温度为正数。

五、数码显示部分

数码管由74HC573和74HC138驱动。74HC573和74HC138分别用作段选和位选锁存器，

实现数码管的动态显示。

74HC573是一款高速CMOS器件，包含八路D型透明锁存器，每个锁存器具有独立的D

型输入，及适用于面向总线应用的三态输出。所有锁存器共用一个锁存使能（LE）端和一个

输出使能（OE）端。

当LE为高时，数据从DN输入到锁存器，在此条件下，锁存器进入透明模式，锁存器的

输出状态将会随着对应的D输入每次的变化而改变。当LE为低时，锁存器将存储D输入上

的信息一段就绪时间，直到LE的下降沿来临。

当OE为低时，8个锁存器